Раскидистое древо отряда: почему возникло так много видов жуков

Среди всех жуков, они же отряд жесткокрылых, доминируют три семейства: долгоносики, усачи и листоеды. Глаза американского энтомолога из Университета Небраски Кэролайн Чабу загораются, когда она рассказывает о щитоносках, которых в англоязычном мире называют жуками-черепахами. Подобно драгоценным камням, они бывают множества ярких цветов: блестяще-синие, красные, оранжевые, ярко-зелёные и прозрачные с золотистыми вкраплениями. Щитоноски принадлежат к семейству из 40 тыс. видов листоедов (Chrysomelidae), одной из наиболее богатых разнообразием ветвей весьма обширного отряда жесткокрылых.




Кэролайн Чабу долгое время задавалась вопросом, почему царство живой природы так благосклонно к жукам: эти существа с жёстким телом составляют примерно четверть всех видов животных. Многие биологи размышляли об этом же в течение длительного времени. И Чарльз Дарвин также коллекционировал жуков, напомнила энтомолог.

Несмотря на всё видовое разнообразие, большинство жуков имеют одинаковое строение — из трёх сегментов. Очень много принесла им способность складывать свои маховые крылья, подобно оригами, под жёсткими и гладкими надкрыльями. Компактность позволяет этим созданиям протискиваться в расщелины в скалах и забуриваться в трещины или в труху деревьев. Способность жуков процветать в широком диапазоне сред обитания также могла бы объяснить обилие видов, считают учёные.

Из примерно 1 млн видов насекомых около 400 тыс. — жуки. И это только те, которых успели описать по сию пору. Да, учёные обычно описывают тысячи новых видов каждый год. Но почему же их так много? Чабу сразу предупредила, что единственного ответа нет. Зато появилось множество подсказок.

Одна из гипотез заключается в том, что разных жуков так много благодаря давности появления. Биолог-эволюционист и энтомолог Дуэйн Маккенна из Университета Мемфиса, США, сказал, что жукам 350 млн лет. И за столь большой период маложивущие существа вполне могли многажды видоизмениться и разделиться на новые генетические линии. Для сравнения, современные люди существуют всего около 300 тыс. лет.

Однако то, что группа животных появилась так давно, не обязательно означает, что в ней будет больше видов. Например, целакантообразные рыбы населили океаны около 360 млн лет, достигнув максимального разнообразия в 90, примерно, видов. А затем сократились до двух уцелевших видов латимерий, которых зовут живыми ископаемыми. Точно так же ящероподобная рептилия гаттерия, или туатара (Sphenodon punctatus), — единственный современный представитель древнего отряда клювоголовых, и обитает он только в Новой Зеландии. Туатару признали единственным живым представителем некогда разнообразного и жившего по всей планете древнего отряда рептилий, возникшего около 250 млн лет назад.



Ещё одно возможное объяснение того, почему жуки столь разнообразны, — их необычайная выносливость. Аспирант Университета Миннесоты, США, Кристиан Беза-Беза подчеркнул, что жесткокрылые пережили два массовых вымирания, не меньше. Исследование ископаемых жуков из пермского периода — 284 млн лет назад — показало, что пережить множество других существ они смогли, вероятно, благодаря своей склонности к диверсификации, то есть разнообразию. По крайней мере, в прошлые эпохи жуки демонстрировали поразительную способность менять ареалы обитания в ответ на изменения климата, и это может объяснить их устойчивость к вымиранию, предполагают исследователи.

Загадку разнообразия жуков усложняет тот факт, что в некоторых ветвях их генеалогического древа гораздо больше видов, чем в других. Например, навозные жуки, которые проводят свою жизнь в лепке и перекатывании шариков из экскрементов, весьма немногочисленны в видовом смысле. Семейство навозников-землероев (Geotrupidae) насчитывает «всего лишь» около 8000 видов, что для жесткокрылых — сравнительно скромная по разнообразию группа, отметил эколог Хорхе Ари Норьега из Университета Эль-Боске, Колумбия.

Напротив, надсемейство хризомелоидных (Chrysomeloidea), которое включает усачей и листоедов, — представлено 63 тыс. видов. А златки (Buprestidae), разветвлённое и многочисленное семейство древесных и листоедных жуков, включает около 15 тыс. видов, среди которых известны жуки с блестящей радужной окраской.

Такие большие различия в видовом богатстве линий жуков означают, что ни одно объяснение не подходит ни для одной группы, признал энтомолог Дуэйн Маккенна. Однако ситуацию отчасти спасают растительноядные жуки, которые составляют примерно четверть всех видов жесткокрылых. И среди них, на удачу, прослеживается чёткая закономерность. Основываясь на генетическом анализе различных линий жуков, Маккенна с коллегами выявили основной полезный фактор — это диверсификация цветковых растений в меловой период.

Эпоха эта, которая принесла нам месторождения писчего мела, началась около 145 млн лет назад. И тогда на планете случился взрыв новых видов цветковых растений, которые распространились почти повсюду. Сегодня растения составляют около 80% массы от всех форм жизни на Земле. Использование их в пищу стало тем «топливом», на котором рвануло во всю прыть развитие жуков и других растительноядных животных, включая муравьёв, пчёл, птиц и млекопитающих.

Что касается травоядных жуков, то их наиболее богатые видами линии несут удивительный набор генов, которые позволяют переваривать растения. Многие из этих генов кодируют ферменты, которые помогают разрушать клеточные стенки, и таким образом получать доступ к сахарам даже из, например, целлюлозы, которую переварить сравнительно трудно.



Гены эти оказались гениальной адаптацией, которая превратила не очень-то съедобные части растений в пищу. Биологическая удача позволила насекомым перемещаться в новые места обитания и занимать новые экологические ниши, было бы чего погрызть. По мере того, как растительноядные жуки распространялись географически и осваивали разные диеты и образ жизни, генетические различия между ними росли, что и привело к появлению новых видов.

По неясным причинам некоторые виды растительноядных жесткокрылых в процессе эволюции утратили свои гены, способствующие пищеварению. Эколог-эволюционист Хассан Салем из Института биологии Макса Планка, Германия, объяснил, что в качестве компенсации некоторые жуки выработали другую стратегию питания. Они обзавелись бактериями-партнёрами — так называемыми симбионтами, — которые также помогают переваривать растительную пищу.

Для некоторых жуков эти особые симбиотические микробы стали альтернативным средством сохранения растений в меню. Что также позволило и дальше осваивать новые места обитания, где могли бы развиваться и процветать новые виды.



Метаморфоз (превращения) насекомых, в том числе жуков — ещё один фактор успеха. А всё потому, что жуки могут использовать разные экологические ниши на разных стадиях своего развития, разделяя места обитания и ресурсы по мере того, как превращаются из яиц в личинки, а из куколок — во взрослые особи.

А ещё некоторые связанные с растениями формы жизни, возможно, проложили путь для диверсификации видов жуков, создавая им защиту от хищников. Так, вредный для растений грибок фузариум растёт на куколках листоеда-щитоноски Chelymorpha alternans. Если экспериментаторы удаляли грибок, то муравьи легко находили куколок жука и сжирали их, рассказала Эйлин Берасатеги, биолог-эволюционист из Амстердамского института жизни и окружающей среды, Нидерланды. Иными словами, фузариоз может защищать жуков от хищников, ещё больше расширяя территорию обитания и способствуя диверсификации.

Берасатеги добавила, что, например, амброзиевый полосатый листоед также получает пользу от того же грибка, но по-другому. Жуки переносят фузариум с дерева на дерево в специальных углублениях. На иллюстрации ниже на спине другого жука (просто для примера) видны эти самые кармашки-микангии. Как только грибок поражает дерево и разрастется на нём, жуки устраивают грибной пир. Такое вот разведение грибов посевом спор также помогло видам жуков с фермерскими наклонностями освоить новые места обитания.



Растительноядные жуки освоили и другие инновации, которые могли поспособствовать разнообразию видов. Например, ещё в окаменелостях жуков-листоедов, которых изучает Кэролайн Чабу, появились фекальные щиты, то есть структуры из собственных выделений жука и отслоившегося покрова, и это совпало с массовым распространением видов. Большинство щитоносок — одиночки. Но некоторые виды живут группами, что лучше защищает их от хищников. По словам Чабу, под своими фекальными щитами, вероятно, такие жуки могли расплодиться в более открытых местах обитания.

Чем бы ни питались жесткокрылые, в том числе падалью, разные группы жуков приобрели впечатляющий набор инструментов для решения множества проблем. В этом смысле жуки — это микрокосм древа жизни, то есть как бы уменьшенная модель Вселенной, отметил Маккенна.

Однако при всём потрясающем разнообразии жуков становится всё меньше. Выдержат ли они очередную эпоху вымирания — по вине человека — вопрос открытый.